Хімічна організація клітини

Лек.2.                        Хімічна організація клітини. 

Для вивчення клітин та їх функціонування потрібно знати хімічний склад і хімічні процеси, які в них відбуваються. У земній корі міститься близько 100 хімічних елементів. У земній корі найбільше міститься оксигену, силіцію, алюмінію, натрію, кальцію, феруму, магнію і калію. На інші разом узяті елементи припадає менш як 1 %. До складу живих організмів переважно входять такі елементи, як оксиген, гідроген, нітроген, карбон, а на всі інші елементи у них припадає 1 %, хоча в складі живої матерії виявлено близько 60 хімічних елементів. Жива клітина містить обмежений набір хімічних елементів, причому шість із них складають більше 99 % від її загальної маси: С, Н, N, О, Р, S. З атомів цих елементів утворені практично всі молекули клітин різних організмів.

Всі хімічні елементи, які входять до складу клітин, можна поділити на чотири групи:

1. Органогенні - це кисень, водень, вуглець і азот, їх загальний вміст складає 95-98 %.

2. Макроелементи - кальцій, калій, фосфор, сірка, кремній, натрій, хлор, магній, залізо, які містяться в десятих частках відсотка.

3. Мікроелементи – кобальт, цинк, мідь, марганець, хром, бром, бор, йод, літій, радій, їх вміст складає близько 0,01 %.

4. Ультрамікроелементи — всі інші хімічні елементи, вміст яких менше 0,001 %.

Хімічні елементи виконують багато важливих функцій: входять до складу органічних і неорганічних сполук клітини, активують діяльність цілого ряду ферментів, створюють різницю потенціалів на біомембранах тощо. Серед катіонів, які містяться в клітині, найважливішими є катіони Nа+, К+, Са2+, Мg2+, а серед аніонів — аніони НРО4 2-, Н2РО4- Cl-, SO4-, НСО3-. Вміст катіонів і аніонів у клітині відрізняється від вмісту їх у навколишньому середовищі. Цей градієнт концентрацій існує в усіх живих клітинах. Після їх загибелі він зникає.

Наявність цитоплазматичної мембрани створює певні умови рівноваги відповідних йонів по обидва її боки.

Вона виникає за наявності заряджених великих колоїдних часточок на одному з боків мембрани.

Підраховано, що градієнт концентрації йонів по обидва боки мембрани створює в різних клітинах потенціал величиною 60 — 80 мВ. Внутрішня частина клітинної мембрани відносно зовнішньої має негативний заряд.

Усі біоелектричні й електрофізіологічні явища пов'язані з різною проникністю мембрани для найважливіших йонів — Nа+, К+, Са2+, С1-. Біоелектричний потенціал тим вищий, чим більший вміст білка і його йонізація (негативний заряд) всередині клітини і концентрація катіонів поза клітиною.

Жива клітина підпорядкована закону ізоосмолярності. В усіх середовищах організму, між якими є вільний обмін водою, встановлюється однаковий осмотичний тиск. Якщо кількість йонів у будь-якому середовищі зростає, то туди спрямовується вода, поки не встановиться нова рівновага осмотичного тиску.

У живих клітинах дуже широко використовується здатність неорганічних катіонів до комплексоутворення з біомолекулами. Катіони металів взаємодіють з аніонними групами макромолекул (білків, нуклеїнових кислот) та впливають на конформацію цих молекул, тобто на їх функцію.

Від концентрації солей у клітині значною мірою залежать її буферні властивості — здатність клітин підтримувати сталий рівень концентрації йонів гідрогену. Всередині клітини буферність забезпечується переважно аніонами НРО42-,

H2РО4-, а в позаклітинних рідинах і крові — аніонами Н2СО3

Отже, неорганічні речовини виконують у живій клітині такі біологічні функції:

біоелектричну — регулюють функції переважно збудливих клітин (нервових) та для проведення нервових імпульсів;

осмотичну — регулюють осмотичний і гідроосмотичний тиск;